(57)【要約】【課題】制御軸を回転駆動することで、機関バルブのリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構において、最小リフト位置を定めるストッパ位置に対応するセンサ出力を学習させるときに、センサ取り付け部の撓みにより学習精度が低下することを防止する。【解決手段】最小リフト位置の学習条件が成立すると、目標リフト量を徐々に最小リフトに向けて変化させ、該目標リフト量に実際のリフト量が追従するように前記制御軸の角度を変化させることで、ストッパに突き当たるときの慣性力を小さくし、センサ取り付け部の撓みの発生を防止する。そして、最小リフト量付近に相当する角度まで制御軸が回動し、かつ、センサ出力が安定しているときに、そのときのセンサ出力を最小リフト位置に相当する出力として学習する。【選択図】図４
2007198236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータによって動く可動部材の位置に応じた信号を出力するセンサを備え、
前記可動部材の動きがストッパによって規制される基準位置での前記センサの出力を学習する可動部材の基準位置学習装置であって、
前記基準位置での前記センサの出力を学習するために、前記アクチュエータを操作して前記可動部材を前記基準位置に向けて動かすときに、前記可動部材の動作速度を所定速度以下にすることを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
【請求項２】
前記可動部材の目標位置の変化を制限することで、前記可動部材の動作速度を所定速度以下にすることを特徴とする請求項１記載の可動部材の基準位置学習装置。
【請求項３】
前記可動部材の動作速度を所定速度以下にすべく、前記アクチュエータの操作量をフィードホワード制御することを特徴とする請求項１記載の可動部材の基準位置学習装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータによって動く可動部材の基準位置を学習する可動部材の基準位置学習装置に関し、特に、機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構に好適な基準位置学習装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、制御軸をアクチュエータで回動させることで、機関バルブのバルブリフト量及び作動角を連続的に可変とする可変動弁機構において、減速燃料カット中に、バルブリフト量及び作動角が最小値となるように前記アクチュエータを制御し、バルブリフト量・作動角が最小値になっていると判断されるときに、前記制御軸の角度位置を検出するセンサの出力を学習する装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１８８２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記最小リフト位置の学習においては、最小リフト位置を定めるストッパに向けて前記制御軸を回動させ、前記ストッパが突き当たった状態でのセンサ出力を学習させていた。
しかし、ストッパに向けて制御軸を回動させるときの角速度に応じた慣性力によって、ストッパが突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが生じ、これによってセンサ出力にずれが生じ、最小リフト位置の学習精度が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ストッパの突き当て位置を学習させるときに、センサ取り付け部の撓みによる学習精度の低下を抑止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明は、アクチュエータによって動く可動部材の位置に応じた信号を出力するセンサを備え、可動部材の動きがストッパによって規制される基準位置でのセンサの出力を学習するために、アクチュエータを操作して可動部材を基準位置に向けて動かすときに、可動部材の動作速度を所定速度以下にすることを特徴とする。
かかる構成によると、基準位置の学習のために、アクチュエータを操作して可動部材をストッパの突き当て位置（基準位置）に向けて動かすときに、可動部材が動く速度を所定速度以下にする。
【０００６】
従って、可動部材がストッパの突き当て位置に向けて動くときの慣性力を低下させ、ストッパに突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが発生することを抑止でき、前記撓みによる学習精度の低下を防止できる。
請求項２記載の発明は、可動部材の目標位置の変化を制限することで、可動部材の動作速度を所定速度以下にすることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によると、可動部材の目標位置を基準位置以外の位置から基準位置に変化させて、基準位置に向けて可動部材を動かすときに、目標位置の変化を制限することで、目標位置が基準位置にまで変化する速度を遅くし、可動部材が基準位置に向けて動く速度を所定速度以下にする。
従って、目標位置に基づいてアクチュエータを操作することで、可動部材の動作速度を遅くして、ストッパに突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが発生することを抑止できる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、可動部材の動作速度を所定速度以下にすべく、アクチュエータの操作量をフィードホワード制御することを特徴とする。
かかる構成によると、アクチュエータの操作量のフィードホワード制御によって、基準位置に向かって動くときの可動部材の動作速度が所定速度以下にする。
従って、アクチュエータの操作量のフィードホワード制御によって、可動部材の動作速度を遅くして、ストッパに突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが発生することを抑止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン（ガソリン内燃機関）１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１０】
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、後述するエンジンコントロールユニット１１４から送られる噴射パルス信号の噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料（ガソリン）を噴射する。
そして、燃焼室１０６内に形成される混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
【００１１】
燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カムシャフト１１０に設けられたカム１１１によって一定のバルブリフト量，バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５側には、吸気バルブ１０５の開特性を可変とする可変動弁機構として、ＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構１１２及びＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３が設けられる。
【００１２】
前記ＶＥＬ機構１１２は、吸気バルブ１０５のバルブリフト量を作動角と共に連続的に可変する機構であり、ＶＴＣ機構１１３は、クランクシャフトに対する吸気側駆動軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に可変する機構である。
前記ＶＴＣ機構１１３としては、例えば、吸気側駆動軸に支持させたベーンを、カムスプロケットに支持されたケーシングに内在させることで、前記ベーンの両側に進角側油圧室と遅角側油圧室とを形成し、前記進角側油圧室及び遅角側油圧室に油圧を給排制御することで、前記カムスプロケットに対するベーンの相対角度を変化させ、クランクシャフトに対する吸気側駆動軸の回転位相を変化させる機構を用いる。
【００１３】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット１１４は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射量，点火時期，目標吸入空気量，目標吸入負圧を設定すると共に、これらに基づいて燃料噴射弁１３１，点火コイル用のパワートランジスタ，電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３に制御信号を出力する。
【００１４】
尚、本実施形態では、電子制御スロットル１０４は主に吸気負圧を発生させるために設けられ、エンジン１０１の吸入空気量は、ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３による吸気バルブ１０５の開特性の変更によって制御される。
前記エンジンコントロールユニット１１４には、エンジン１０１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１１５、車両の運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量（開度）を検出するアクセルペダルセンサ１１６、クランクシャフト１２０の基準回転位置毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、エンジン１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、後述する吸気駆動軸３の基準回転位置毎にカム信号を出力するカムセンサ１３２、スロットルバルブ１０３ｂの下流でかつ吸気バルブ１０５の上流側での吸気マニホールド圧（吸気圧）を検出する吸気圧センサ１３３からの検出信号が入力される。
【００１５】
図２は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を示す斜視図である。
実施形態のエンジン１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５が設けられており、これら吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１２０によって回転駆動される吸気駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
【００１６】
前記吸気駆動軸３と揺動カム４との間に、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するためのＶＥＬ機構１１２が設けられている。
また、前記吸気駆動軸３の一端部には、クランクシャフト１２０に対する前記吸気駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更するＶＴＣ機構１１３が配設されている。
【００１７】
前記ＶＥＬ機構１１２は、図２及び図３に示すように、吸気駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。
【００１８】
前記制御軸１３は、モータ１７によりギヤ列１８を介して回転駆動されるが、制御軸１３と一体的に設けられるストッパ１３ａが固定側に当接することで、予め設定された最小リフト位置に相当する角度位置でそれ以上のリフト量減少側への回動が制限されるようになっている。
尚、本実施形態において、前記制御軸１３が可動部材に相当し、前記モータ１７がアクチュエータに相当する。また、最小リフト位置を定めるストッパと共に、最大リフト位置を定めるストッパを備える構成とすることができる。
【００１９】
上記の構成により、クランクシャフト１２０に連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。
また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
【００２０】
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
エンジンコントロールユニット１１４には、前記制御軸１３の回転角を検出する角度センサ１３３からの検出信号が入力され、目標のリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸１３を回動させるべく、前記角度センサ１３３の検出結果に基づいて前記モータ１７の電流の向き及び大きさがフィードバック制御される。
【００２１】
本実施形態のＶＥＬ機構１１２では、バルブ開閉の反力がリフト量の減少方向に働くため、リフト量の増大状態を維持させるためには、前記反力に抗するモータトルクが常時要求される。
前記角度センサ１３３は、非接触型の回転角度センサであり、例えば特開２００３−１９４５８０号公報に開示されるように、制御軸１３の端部に装着されるマグネットと、前記マグネットの外周面に対向して配置される磁電変換手段とからなり、制御軸１３の回転に伴う磁束の変化を検出するセンサである。
【００２２】
但し、角度センサ１３３を非接触型のセンサに限定するものではなく、例えばポテンショメータを用いた接触型の角度センサなどであっても良い。
ところで、前記ＶＥＬ機構１１２の制御においては、制御軸１３の実回転角を検出することで実際のリフト量を検出し、これが目標リフト量に一致するように、前記モータ１７をフィードバック制御する。
【００２３】
従って、前記角度センサ１３３における出力と制御軸１３の角度との相関にずれが生じていると、実際のリフト量（制御軸角度）を誤検出し、目標リフト量への制御精度が低下する。
そこで、本実施形態では、前記エンジンコントロールユニット１１４が、前記ストッパ１３ａが固定側に当接する制御軸１３の最小リフト位置（基準位置）での角度センサ１３３の検出出力を学習し、角度センサ１３３の検出出力と制御軸１３の角度位置との相関を校正するようになっている。
【００２４】
図４のフローチャートは、前記エンジンコントロールユニット１１４による最小リフト位置学習の詳細を示す。尚、前記図４のフローチャートに示すルーチンは、所定時間毎に割り込み実行されるものとする。
図４のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１１では、最小リフト位置の学習条件が成立しているか否かを判別する。
【００２５】
前記学習条件としては、吸気バルブ１０５のリフト量を強制的に最小とすることが可能な運転条件であることが必要であり、例えば、減速燃料カット時やエンジン停止時であることを学習許可条件とする。
学習条件が成立している場合には、ステップＳ１２へ進み、ＶＥＬ機構１１２のフィードバック制御に用いる目標リフト量を徐々に減少変化させ、この漸減される目標リフト量に基づいてＶＥＬ機構１１２をフィードバック制御させる（図５参照）。
【００２６】
前記目標リフト量の減少変化速度は、所定速度以下になるようにしてある。
ストッパ１３ａの突き当たり位置に向けて制御軸１３を回動させるときに、制御軸１３の角速度が速いと、その慣性力によってストッパ１３ａが突き当たったときに角度センサ１３３（マグネット）の取り付け部が撓み、センサ出力を変化させてしまう可能性がある。
【００２７】
ここで、学習条件の成立に基づいて、目標リフト量をステップ的に最小リフト量まで変化させると、これに追従すべく制御軸１３が速い角速度で回動され、大きな慣性力をもった状態でストッパ１３ａが突き当たることになり、角度センサ１３３（マグネット）の取り付け部を大きく撓ませ、センサ出力を大きく変化させてしまう可能性がある。
そこで、前記慣性力による撓みの発生によって許容レベルを超えるセンサ出力の変化が生じないように、制御軸１３の角速度が学習時における最大許容角速度（所定速度）以下になるように、目標リフト量の変化を規制するものである。
【００２８】
上記のようにして目標リフト量をストッパ１３ａの突き当たり位置に向けて徐々に減少変化させると、ステップＳ１３では、前記角度センサ１３３の検出出力が所定時間以上略一定であるか否かを判定することで、ストッパ１３ａが突き当たっていて、制御軸１３の回転が止まっているか否かを判断する。
角度センサ１３３の検出出力の変化が止まらない場合には、未だストッパ１３ａが突き当たっていないものと判断し、ステップＳ１４での学習処理を行わず、目標リフト量の減少変化を継続させる。
【００２９】
一方、ステップＳ１３で、前記角度センサ１３３の検出出力が所定時間以上略一定であると判断された場合には、実際にストッパ１３ａが突き当たっていて、制御軸１３の回転が止まっているものと判断し、ステップＳ１４へ進む。
ステップＳ１４では、そのときの角度センサ１３３の検出出力を、最小リフト位置に対応する出力として学習し、センサ出力とリフト量（制御軸１３の角度）との相関を書き換え、その後は、前記書き換えた相関に基づいてセンサ出力をリフト量（制御軸１３の角度）のデータに変換し、フィードバック制御に用いるようにする。
【００３０】
尚、センサ出力とリフト量（制御軸１３の角度）との相関を書き換える場合、例えば最小リフト量に相当するセンサ出力のずれ分だけ全体の相関をシフトさせることができる。また、センサ出力とリフト量との相関を書き換える代わりに、センサ出力又はリフト量（制御軸１３の角度）を補正するための補正値を学習させることができる。
上記実施形態によると、最小リフト位置の学習を行うため、ストッパ１３ａが突き当たる位置まで制御軸１３を回動させるときに、目標リフト量（制御軸１３の目標角度）の変化を所定速度以下にして、制御軸１３の角速度（動作速度）を低くする。
【００３１】
従って、制御軸１３が最小リフト位置に向けて回動するときの慣性力を小さくでき、これにより、ストッパ１３ａが突き当たったときに、角度センサ１３３の取り付け部が撓むことで、センサ出力が変化してしまうことを抑止でき、最小リフト位置の学習精度を維持できる。
尚、最大リフト側にもストッパを備える場合に、目標リフト量の変化方向を異ならせることで、上記実施形態と同様にして、最大リフト位置におけるセンサ出力を学習させることができる。
【００３２】
また、ストッパ１３ａが突き当たる最小リフト位置又は最大リフト位置近傍まで目標リフト量をステップ的に変化させた後、最小リフト位置又は最大リフト位置に向けて徐々に目標リフト量を変化させる構成とすることができ、更に、目標リフト量の変化速度を徐々に遅くすることもできる。
また、目標リフト量に基づくフィードバック制御におけるゲインを変更することで、制御軸１３が、ストッパ１３ａが突き当たる位置に向けて回動するときの角速度を遅くすることができる。
【００３３】
図６のフローチャートは、前記エンジンコントロールユニット１１４による最小リフト位置学習の第２実施形態を示す。
この第２実施形態は、最小リフト位置（基準位置）に向けて制御軸１３を回動させるときの制御方法が、図４のフローチャートに示した第１実施形態と異なる。
図６のフローチャートにおいて、ステップＳ２１では、前記ステップＳ１１と同様に、学習条件の成立を判断する。
【００３４】
そして、学習条件が成立している場合には、ステップＳ２２へ進む。
ステップＳ２２では、前記ＶＥＬ機構１１２の制御軸１３を回動させるアクチュエータであるモータ１７の操作量（電流）を所定周期毎に所定量だけ減少させるフィードホワード制御を行って、最小リフト位置に向けて制御軸１３を回動させるようにする。
前述のように、本実施形態のＶＥＬ機構１１２では、バルブ開閉の反力がリフト量の減少方向に働くため、リフト量の増大状態を維持させるためには、前記反力に抗するモータトルクが要求される。
【００３５】
従って、モータ１７の電流（リフトの増大側に作用するモータトルクを発生させる向きの電流）を徐々に減少させると、モータトルクに対してバルブ反力が優勢となって、リフト量が減少する方向に制御軸１３が回動することになる。
上記モータ１７の操作量（電流）を変化させるときの周期及びステップ変化量は、ストッパ１３ａが突き当たるときに慣性力により撓みが発生し、許容レベルを超えるセンサ出力の変化が生じないように、制御軸１３の角速度が学習時における最大許容角速度（所定速度）以下になるように設定される。
【００３６】
ステップＳ２３では、前記角度センサ１３３の検出出力が所定時間以上略一定であるか否かを判定することで、ストッパ１３ａが突き当たっていて、制御軸１３の回転が止まっているか否かを判断する。
ステップＳ２３で、角度センサ１３３の検出出力が所定時間以上略一定であると判断された場合には、実際にストッパ１３ａが突き当たっていて、制御軸１３の回転が止まっているものと判断し、ステップＳ２４へ進む。
【００３７】
ステップＳ２４では、そのときの角度センサ１３３の検出出力を、最小リフト位置に対応する出力として学習し、センサ出力とリフト量（制御軸１３の角度）との相関を書き換えるか、又は、センサ出力又はリフト量（制御軸１３の角度）を補正するための補正値を学習させる。
ところで、上記実施形態では、可動部材としてのＶＥＬ機構１１２の制御軸１３が、ストッパで突き当たった位置を学習させる構成としたが、可動部材を制御軸１３に限定するものではなく、また、可動部材が直線的に動く構成であってもよく、本願発明は、アクチュエータによって動くと共にストッパで動きが制限される可動部材と、該可動部材の位置を検出するセンサを備えたシステムに広く適用できることは明らかである。
【００３８】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記可動部材が、
内燃機関の機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構に含まれ、その回転角度をアクチュエータで変化させることで前記開特性が連続的に変化する制御軸であり、
前記センサとして、前記制御軸の回転角度を検出する角度センサを備えることを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
【００３９】
かかる構成によると、前記制御軸が基準位置にまで回転するときの角速度を遅くすることで、前記制御軸の回転がストッパによって規制される位置でのセンサ出力を精度良く学習することができ、機関バルブの開特性の制御精度を向上させることができる。
（ロ）請求項（イ）記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記可変動弁機構が機関バルブのリフト量を少なくとも可変とする機構であって、
前記制御軸の回転が最小リフト量側でストッパにより規制され、
前記最小リフト量位置でのセンサ出力を学習することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
【００４０】
かかる構成によると、機関バルブの最小リフト位置に対応するセンサ出力を学習することで、最小リフト位置を基準に、制御軸の回転角、換言すれば、機関バルブのリフト量の検出精度が向上する。
（ハ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記センサの出力が、所定時間以上略一定であるときに、前記可動部材がストッパによって規制される基準位置に位置していると判断することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
【００４１】
かかる構成によると、センサの出力が一定している状態から、ストッパの突き当たり状態を的確に判断して、可動部材がストッパによって規制される位置でのセンサ出力を精度良く学習することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態における車両エンジンのシステム図。
【図２】実施形態におけるＶＥＬ機構の詳細を示す斜視図。
【図３】前記ＶＥＬ機構の作動角変更機構を示す断面図。
【図４】最小リフト位置学習の第１実施形態を示すフローチャート。
【図５】前記第１実施形態における制御軸の目標角度及び実角度の変化特性を示すタイムチャート。
【図６】最小リフト位置学習の第２実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
３…吸気駆動軸、１３…制御軸、１３ａ…ストッパ、１７…モータ、１０１…エンジン、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３３…角度センサ
【図１】
2007198236.tif 000003
【図２】
2007198236.tif 000004
【図３】
2007198236.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007198236.tif 000007
【図６】
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